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新型结构的射流流量计的实验研究 　　核心提示：一、引言 流体自控振荡技术是通过一些特殊的结构装置实现流体的反馈、放大以及振荡，使其在振荡器出口两侧左右产生交替的喷射出流。二十世纪90年代中期，流体振动式流量计的典型代表是射流流量计，可以在难以解决的腐蚀性流体和小流量测量中发挥作用[1][2]。 二、基本工作原理 射流流量计是利用喷射射流在具有特... ??? 一、引言 ??? 流体自控振荡技术是通过一些特殊的结构装置实现流体的反馈、放大以及振荡，使其在振荡器出口两侧左右产生交替的喷射出流。二十世纪90年代中期，流体振动式流量计的典型代表是射流流量计，可以在难以解决的腐蚀性流体和小流量测量中发挥作用[1][2]。 ??? 二、基本工作原理 ??? 射流流量计是利用喷射射流在具有特殊的结构通道（振荡腔）内实现流体的附壁效应、控制流体的反馈，使得流体在两个通道内来回切换。本实验设计了如图1所示结构的射流流量计，图中：1.输入口；2.喷嘴；3.侧壁；4.弧形分流劈；5.测压点。射流从狭窄的通道内形成高速度的狭长矩形射流，当射流附向其中任意一个壁面时（如图1实线），由结构特点决定流体的其中一部分会进入到附壁面与壁面之间的反馈通道，而另一部分流体进入分流劈后面的出口处。在前一部分流体进入反馈通道后，经过一定的滞后时间，当控制喷嘴喷出的具有最大动量的射流撞击主射流，使得主射流发生偏转，主射流立即附向相对方向的另外一个侧壁面，开始另外一个反馈循环（如图1虚线），流体就这样往复切换产生稳定振荡。该流量计流体振动的频率与体积流量呈线性关系。 ??? 定义无量纲数斯特罗哈数St，计算式为： ????? St=fd/V ??? 式中 f 为流体振荡频率；???????? d 为射流元件的特征尺寸即为喷嘴宽度；???????? V 为射流从喷嘴喷出时流体的平均流速[3]。 ??? 由于流量与频率成线性关系，那么St应为一个常数有着重要意义：它是衡量射流元件是否稳定振荡的重要标志，也是这种流体振荡式流量计的重要性能参数。 ??? 三、实验过程与实验分析 ??? 本实验自行设计的射流流量计，其结构主要特点是设置了一个半弧形的分流劈。流体进入到分流劈的圆形弧段，流体在圆弧段上产生切向速度，在切向速度的诱导下，流体自身不断的旋转，出现了涡区，涡区对附壁射流的稳定贴附非常有利。它起着稳定分流、稳定贴附、增强反馈信号，减小水头损失的作用。在振荡装置上两个反馈通道中分别开测压孔，测压孔分别连接压电传感器的两端，通过数据AD采集卡与计算机相连接，应用示波软件测量流体振荡频率。压电传感器感应出交变的振荡压力产生交变的电压，通过记录示波软件显示波形。并且用MAT1AB数据处理软件来分析功率谱图。 ??? 实验用水和空气为工作介质对射流流量计进行性能测试。水由市政给水管网供水。实验测得的水温为14.8℃，调节阀门改变流量，水流量在0.04×10-3m3/s~0.44×10-3m3/s 的范围内调节。 ??? 由图2水流量与频率的函数关系可见，流量与频率呈较好的线性关系，线性度较好。图3表示斯特罗哈数St与雷诺数Re的函数关系，由图可见，在整个测量量程范围内St数仅在0.0048~0.0055之间有很小的波动，可以认为St数是一个常数。实验中，量程比达到10:1，测得的最低雷诺数为2600，可以很好的解决低雷诺数的流体测量，由这类元件的特性可知，测量更高的雷诺数流体是同样适用的，而且射流流量计的量程比可以做的更宽，实现高上限的量程。 ??? 实验以空气为介质进行性能测试。空气温度为26℃，由一台高压风机（性能参数：排气量130m3/h，排气压力13kPa，电机转速2850r/min，功率750W，电压380V）供给。调节阀门改变流量，空气流量在3.0m3/h~ 9.9m3/h的范围内调节，频率范围为27Hz~90Hz（见图4）。 ??? 图4可见，空气流量与频率呈较好的线性关系。图5表示斯特罗哈St与雷诺数Re函数关系，St数仅在0.0048~0.0055之间波动，可以认为St数是一个常数。实验量程比为3:1，测得的最低雷诺数为38000。实验经多次重复测量，其实验结果的相对误差，在很宽的流量范围内都能保持在1%以内。 ??? St维持在一个常数0.0052上下浮动。说明了这个新型结构的流量计是稳定起振的，振荡的效果是比较好的。 ??? 四、结论 ??? 1.实验表明此结构射流流量计的量程比宽。适用于洁净的流体，也可以用来解决小流量和高粘度的流体测量，频率与流量表现为很好的线性关系。这种流量计内部没有可动部件，寿命长，可靠性强。 ??? 2.节流元件的水头损失是流量计的一个重要指标，此流量计的结构有利于反馈信号，以便在很宽的流量范围内产生稳定振荡，但是压力损失要大些，因此